Τι είναι η μαγνητική διαπερατότητα (mu)

Γνωρίζουμε από πολλά χρόνια τεχνικής πρακτικής ότι η επαγωγή του πηνίου εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τα χαρακτηριστικά του περιβάλλοντος στο οποίο βρίσκεται το πηνίο. Εάν προστεθεί ένας σιδηρομαγνητικός πυρήνας σε ένα πηνίο χάλκινου σύρματος με γνωστή επαγωγή L0, τότε υπό άλλες προηγούμενες συνθήκες τα ρεύματα αυτοεπαγωγής (πρόσθετα ρεύματα κλεισίματος και ανοίγματος) σε αυτό το πηνίο θα αυξηθούν πολλές φορές, το πείραμα θα επιβεβαιώσει τι θα σημαίνει αρκετές φορές αυξηθεί επαγωγήπου πλέον θα είναι ίσο με το L.

Πειραματική παρατήρηση

Ας υποθέσουμε ότι το μέσο, ​​η ουσία που γεμίζει το χώρο μέσα και γύρω από το περιγραφόμενο πηνίο, είναι ομοιογενές και παράγεται από το ρεύμα που ρέει μέσω του αγωγού του, μαγνητικό πεδίο που βρίσκεται μόνο στη συγκεκριμένη περιοχή χωρίς να ξεφεύγει από τα σύνορά της.

Εάν το πηνίο έχει ένα δακτυλιοειδές σχήμα, το σχήμα ενός κλειστού δακτυλίου, τότε αυτό το μέσο, ​​μαζί με το πεδίο, θα συγκεντρωθεί μόνο στον όγκο του πηνίου, αφού πρακτικά δεν υπάρχει μαγνητικό πεδίο έξω από το δακτύλιο.Αυτή η θέση ισχύει επίσης για ένα μακρύ πηνίο - μια ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα, στην οποία όλες οι μαγνητικές γραμμές συγκεντρώνονται επίσης μέσα - κατά μήκος του άξονα.

Για παράδειγμα, ας πούμε ότι η αυτεπαγωγή κάποιου κυκλώματος ή πηνίου χωρίς πυρήνα στο κενό είναι ίση με L0. Στη συνέχεια, για το ίδιο πηνίο, αλλά ήδη σε μια ομοιογενή ουσία που γεμίζει το χώρο όπου υπάρχουν οι γραμμές μαγνητικού πεδίου ενός δεδομένου πηνίου, ας είναι η επαγωγή L. Σε αυτήν την περίπτωση, αποδεικνύεται ότι ο λόγος L / L0 δεν είναι παρά τη σχετική μαγνητική διαπερατότητα της καθορισμένης ουσίας (μερικές φορές απλώς ονομάζεται "μαγνητική διαπερατότητα").

Γίνεται προφανές: η μαγνητική διαπερατότητα είναι μια ποσότητα που χαρακτηρίζει τις μαγνητικές ιδιότητες μιας δεδομένης ουσίας. Συχνά αυτό εξαρτάται από την κατάσταση της ύλης (και τις περιβαλλοντικές συνθήκες όπως η θερμοκρασία και η πίεση) και τη φύση της.

Κατανόηση του όρου

Η εισαγωγή του όρου «μαγνητική διαπερατότητα» σε σχέση με μια ουσία σε ένα μαγνητικό πεδίο είναι παρόμοια με την εισαγωγή του όρου «διηλεκτρική σταθερά» για μια ουσία σε ένα ηλεκτρικό πεδίο.

Η τιμή της μαγνητικής διαπερατότητας, που προσδιορίζεται από τον παραπάνω τύπο L / L0, μπορεί επίσης να εκφραστεί ως ο λόγος των απόλυτων μαγνητικών διαπερατοτήτων μιας δεδομένης ουσίας και του απόλυτου κενού (κενό).

Είναι εύκολο να το δούμε: η σχετική μαγνητική διαπερατότητα (γνωστή και ως μαγνητική διαπερατότητα) είναι μια αδιάστατη ποσότητα. Αλλά η απόλυτη μαγνητική διαπερατότητα — έχει τη διάσταση Hn / m, την ίδια με τη μαγνητική διαπερατότητα (απόλυτη!) του κενού (αυτή είναι η μαγνητική σταθερά).

Στην πραγματικότητα, βλέπουμε ότι το περιβάλλον (μαγνητικό) επηρεάζει την επαγωγή του κυκλώματος, και αυτό δείχνει ξεκάθαρα ότι μια αλλαγή στο περιβάλλον οδηγεί σε αλλαγή της μαγνητικής ροής Φ που διεισδύει στο κύκλωμα, και επομένως σε αλλαγή στην επαγωγή Β. , που εφαρμόζεται σε κάθε σημείο του μαγνητικού πεδίου.

Το φυσικό νόημα αυτής της παρατήρησης είναι ότι για το ίδιο ρεύμα πηνίου (με την ίδια μαγνητική ένταση H) η επαγωγή του μαγνητικού του πεδίου θα είναι ορισμένες φορές μεγαλύτερη (σε ορισμένες περιπτώσεις μικρότερη) σε μια ουσία με μαγνητική διαπερατότητα mu από ό,τι σε πλήρες κενό.

Είναι έτσι γιατί το μέσο μαγνητίζεται, και το ίδιο αρχίζει να κατέχει μαγνητικό πεδίο.Οι ουσίες που μπορούν να μαγνητιστούν με αυτόν τον τρόπο ονομάζονται μαγνήτες.

Η μονάδα μέτρησης της απόλυτης μαγνητικής διαπερατότητας είναι 1 H / m (henry ανά μέτρο ή Newton ανά αμπέρ στο τετράγωνο), δηλαδή είναι η μαγνητική διαπερατότητα ενός τέτοιου μέσου όπου σε μια τάση μαγνητικού πεδίου H 1 A / m , a Η μαγνητική επαγωγή του 1 συμβαίνει T.

Φυσική εικόνα του φαινομένου

Από τα παραπάνω είναι σαφές ότι διαφορετικές ουσίες (μαγνήτες) μαγνητίζονται υπό τη δράση του μαγνητικού πεδίου του βρόχου ρεύματος και ως αποτέλεσμα προκύπτει ένα μαγνητικό πεδίο, το οποίο είναι το άθροισμα των μαγνητικών πεδίων - το μαγνητικό πεδίο του μαγνητισμένου μέσου συν τον βρόχο ρεύματος, γι' αυτό και διαφέρει σε μέγεθος από κυκλώματα πεδίου μόνο ρεύματος χωρίς μέσο. Ο λόγος για τη μαγνήτιση των μαγνητών έγκειται στην ύπαρξη των μικρότερων ρευμάτων σε κάθε άτομό τους.

Σύμφωνα με την τιμή της μαγνητικής διαπερατότητας, οι ουσίες ταξινομούνται σε διαμαγνητικούς (λιγότερο από ένα — μαγνητισμένος ως προς το εφαρμοζόμενο πεδίο), παραμαγνήτες (περισσότεροι από έναν — μαγνητισμένοι προς την κατεύθυνση του εφαρμοζόμενου πεδίου) και σιδηρομαγνήτες (πολύ περισσότεροι από έναν — μαγνητίζονται και έχουν μαγνητισμό μετά την απενεργοποίηση του εφαρμοζόμενου μαγνητικού πεδίου).

Οι σιδηρομαγνήτες χαρακτηρίζονται από υστέρησηΕπομένως, η έννοια της "μαγνητικής διαπερατότητας" στην καθαρή της μορφή δεν ισχύει για τους σιδηρομαγνήτες, αλλά σε ένα ορισμένο εύρος μαγνήτισης, σε κάποια προσέγγιση, μπορεί να διακριθεί ένα γραμμικό τμήμα της καμπύλης μαγνήτισης, για το οποίο θα είναι δυνατός ο υπολογισμός η μαγνητική διαπερατότητα.

Στους υπεραγωγούς, η μαγνητική διαπερατότητα είναι 0 (καθώς το μαγνητικό πεδίο μετατοπίζεται πλήρως από τον όγκο τους) και η απόλυτη μαγνητική διαπερατότητα του αέρα είναι σχεδόν ίση με το κενό mu (διαβάστε τη μαγνητική σταθερά). Για τον αέρα, το mu είναι λίγο περισσότερο από 1.